3S技術在林業領域中的應用

羅曉輝

[摘 要]隨著科學技術的快速發展，遙感技術、全球定位技術以及地理信息技術的成熟運用在各個領域的發展中起到了更大的作用。本文介紹了林業領域、遙感的概念、全球定位系統的概念、地理信息系統的概念以及3S系統中的遙感（RS）、全球定位系統（GPS）、地理信息系統（GIS）三個系統在林業領域中的應用。

[關鍵詞]遙感;全球定位系統;地理信息系統;林業領域

[中圖分類號]S712 [文獻標識碼]A

地理信息系統、遙感和全球定位系統通常被稱為3S系統。通常來說，森林的面積及范圍較大，人工收集信息難度普遍升高，而3S系統可以建立林業領域資源信息的管理系統，進而快速搜索、分析以及提供森林信息的存儲。3S系統可用于各種林業經營計劃的比較和評價當中，從而實現森林資源的科學管理。

1 林業領域

森林在經濟建設和環境保護過程中是不可替代的資源，因此建立良好的森林資源管理模式十分重要。現代林業通常存在一個廣泛的問題，即所謂的用途管理問題，森林的用途包括提供木材、燃料木材、野生動物棲息地、自然水質管理、娛樂、景觀和社會保護、就業、美學景觀、生物多樣性管理、流域管理等，且森林包含抵御侵蝕和基于大氣二氧化碳的匯集等作用。林業從業者被稱為林業員或被稱為綠化者或造林主義者。森林栽培方面比林業栽培少，森林栽培只涉及森林植物，但通常與林業栽培同義。森林生態系統已被視為生物圈最重要的組成部分，林業已成為一項重要的應用科學、工藝和技術。

2 對3S系統進行概況

3S系統通常由地理信息系統、遙感和全球定位系統組成。

2.1 遙感系統（RS）

2.1.1 遙感系統的定義

遙感是不需要與物體進行物理接觸即可獲取物體或現象的信息技術。遙感被應用于許多領域，包括地理、土地測量和大多數地球科學學科（例如水文、氣象、海洋學、冰川學、地質學）;它也應用于軍事、情報、商業、經濟、規劃和人道主義。

在目前的使用中，遙感即通常使用衛星或飛機傳感器技術基于傳播信號和電磁輻射來對地球上的物體進行檢測、分類，其中包括地球表面、大氣和海洋。

2.1.2 遙感的數據特征

遙感數據特征包括空間分辨率、光譜分辨率、輻射分辨率和時間分辨率。

?——空間分辨率表示圖像中記錄的像素的大小。

——光譜分辨率記錄不同頻帶的波長。

——輻射分辨率能夠分辨出不同輻射強度的數值。

——時間分辨率記載衛星或飛機飛越立交橋的頻率，只與時間序列研究或需要平均圖像或鑲嵌圖像的研究（如砍伐森林監測）相關。

2.2 全球定位系統（GPS）

全球定位系統是由已知位置的GPS專用衛星組成的。每一顆GPS衛星都會不斷地發送一個無線電信號，其中包括當前的時間和關于其位置的數據。因為無線電波的速度是恒定的，與衛星的速度無關，衛星發射信號和接收機接收信號之間的時間差與衛星到接收機的距離成正比。GPS接收機監視多顆衛星，并通過求解方程來確定接收機的精確位置及其與真實時間的偏差。至少要有四顆衛星在接收器的視野內才能計算出四個未知數（三個位置坐標和時鐘與衛星時間的偏差）。

2.3 地理信息系統（GIS）

地理信息系統是一個旨在捕獲、存儲、操作、分析、管理和呈現空間或地理數據的系統。GIS應用程序是允許用戶創建交互式查詢（用戶創建的搜索）、分析空間信息、編輯地圖中的數據并給出所有這些操作的結果的工具。地理信息系統可以利用位置作為關鍵指標變量來關聯不相關的信息，地球空間時間中的位置或范圍可以記錄為發生的日期或時間，以及分別表示經度、緯度和高程的x、y和z坐標。所有基于地球的時空位置和范圍的引用都應該相互關聯，并最終與真實的物理位置或范圍相關聯。地理信息系統的這一關鍵特征，為科學探究開辟了新的途徑。

3 論3S技術在林業領域中的應用

3.1 遙感在林業領域中的應用

遙感在林業資源管理中的基本功能是獲取陸地信息。通過人工或計算機識別，從遙感技術獲取的航空攝影、衛星攝影和多光譜電子掃描攝影中提取各種環境信息，并利用這些信息建立數字地形模型（DTM）。利用DTM技術，我們可以用立體圖來生動地描述森林、樹林中物體的平面、空間分布和形態。在DTM立體圖中，我們可以猜出地形和每個截面。遙感在土方開挖、道路規劃、坡面圖制作、地貌分析等方面的計算中有著廣泛的應用。在計算機上，只要允許使用計算機資源，用戶可以使用DTM從任何視點和角度繪制立體圖和平面圖。同時，結合GIS可以完成DTM中任意位置屬性特征的查詢。

利用遙感技術制作森林圖是可行的，包括森林平面圖、森林地形圖、森林立地類型圖、森林土壤圖等。使用航空攝影、衛星攝影、多光譜攝影和雷達攝影制作這些地圖。林業工作人員可以采用遙感技術進行空中目測、森林區劃和制圖、森林資源勘查和抽樣調查。森林資源管理包括森林資源監測、森林火災監測、有害生物監測、森林生態環境監測以及林地利用圖和立地類型圖的編制等。

3.2 全球定位系統在林業領域中的應用

GPS在森林調查中得到了廣泛的應用，GPS在森林管理中的應用主要體現在以下幾個方面：（1）GPS在野外測量中有著廣泛的應用。提出了一門新的學科——GPS全球大地測量學。采用差分技術，差分GPS的精度可達1厘米，滿足森林管理的要求。（2）在森林資源調查過程中，利用GPS可以快速、準確地定位森林測量員的方位。（3）在GPS的幫助下，消防隊員可以及時向管理員報告森林火災的準確位置和高度。（4）在森林施肥中，根據土壤數據，利用合適的軟件，使施肥設備與GPS同時工作，即可實現定位施肥。

3.3 地理信息系統在林業領域的應用

3.3.1 森林資源檔案管理

利用GIS進行的森林資源檔案管理與普通數據庫系統有很大的不同。GIS將圖形與數據庫有機結合，實現了森林資源檔案的計算機管理。它具有兩個優勢：在數據查詢和導出方面不僅可以像普通數據庫系統那樣可以導出統計數據和圖表，還可以導出包含圖形的相關空間數據。采用屬性圖相結合的方法，可以瞬間了解森林資源狀況，進行統計分析，實現對森林資源的科學管理。在GIS中，數據庫屬性和地形圖點的數據可以自動更新。這意味著當地形的屬性發生變化時，地圖點的狀態將自動更新。

3.3.2 監測森林資源動態變化

普通管理系統只能反映森林資源的數量變化。而GIS具有自己的空間數據和空間分析功能。利用遙感和GPS提供的數據，利用相關分析方法研究森林資源的空間分布規律及其對城市未來發展的影響。這可以為決策者調整發展戰略提供對策，加快森林資源向穩定、旺盛方向發展。首先，利用遙感和GPS同時采集的數據，在GIS中建立各種災害預測模型。其次，我們可以建立一個災害預防系統。在GIS中輸入救援人員和裝備的分布情況，為領導部門安排救援人員和提供裝備技術的方法。例如，當火災發生時，我們可以使用GIS來選擇最佳的滅火方案，并立即集合救援人員和設備。最后，利用GIS快速計算受災面積和損失，制訂救援和恢復計劃。

4 結語

森林管理由于更大的環境壓力而日益復雜，森林是物種的復雜組合，通過遙感可以很好地進行廣泛的庫存。全球定位系統這樣的衛星定位系統在擴大傳統森林調查、收集強有力的地面事實的數據方面發揮著重要作用。隨著RS、GPS和GIS技術的廣泛應用，森林資源調查方法得到了很大的改進。

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